TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI FAKULTA TEXTILNÍ
DIPLOMOVÁ PRÁCE
LIBEREC 2013 Bc.VERONIKA LONSKÁ
FAKULTA TEXTILNÍ
Studijní program: N3106 Textilní inženýrství Studijní obor: Textilní a oděvní technologie
TRVANLIVOST PODLEPENÝCH ŠVŮ
THE DURABILITY OF THE SEALED SEAMS
Bc. Veronika Lonská
Vedoucí diplomové práce: Ing. Petra Komárková, Ph.D.
Rozsah práce:
Počet stran textu 64 Počet obrázků 86 Počet tabulek 28 Počet stran příloh 20
Zásady pro vypracování
1. Rešerše zaměřená na technologii podlepování švů a funkce podlepených švů.
2. Analýza faktorů ovlivňujících trvanlivost podlepených švů během tvorby a během užívání.
3. Návrh experimentu k ověření vlivu vybraných faktorů ovlivňujících trvanlivost podlepených švů.
4. Vyhodnocení experimentu.
5. Návrh optimálního nastavení technologických podmínek tvorby podlepených švů, kombinace materiálů a podmínek během užívání pro dosažení maximální trvanlivosti podlepených švů.
Seznam odborné literatury:
• Staněk, J. Nauka o textilních materiálech, díl I, část 4, Vlastnosti délkových a plošných textilií. VSŠT Liberec, 1988. 55-801-88
• Kovačic, V. Textilní zkušebnictví I, II. Liberec, 2002, elektronická skripta, http://www.ft.vslib.cz/databáze/skripta/
• ČSN EN ISO 13934-1,2 (80 0812). Tahové vlastnosti plošných textilií – část 1,2. Praha: ÚNMZ – Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví
• MACHAŇOVÁ, Dagmar, WIENER, Jakub. Údržba textilií. Liberec: Technická univerzita v Liberci, Fakulta textilní, 2009
Prohlášení
Byl(a) jsem seznámen(a) s tím, že na mou diplomovou práci se plně vztahuje zákon č. 121/2000 Sb., o právu autorském, zejména § 60 – školní dílo.
Beru na vědomí, že Technická univerzita v Liberci (TUL) nezasahuje do mých autorských práv užitím mé diplomové práce pro vnitřní potřebu TUL.
Užiji-li diplomovou práci nebo poskytnu-li licenci k jejímu využití, jsem si vědom povinnosti informovat o této skutečnosti TUL; v tomto případě má TUL právo ode mne požadovat úhradu nákladů, které vynaložila na vytvoření díla, až do jejich skutečné výše.
Diplomovou práci jsem vypracoval(a) samostatně s použitím uvedené literatury a na základě konzultací s vedoucím diplomové práce a konzultantem.
Datum 14.1.2013
Podpis
Poděkování
Touto cestou bych nejprve ráda poděkovala Ing. Petrě Komárkové Ph.D za její cenné rady, konzultace, trpělivost a odborné vedení diplomové práce. Dále děkuji Václavu Novotnému ze společnoti DirectAlpine a.s. za poskytnutí materiálu a informací týkajících se problematiky řešené v této práci.
V neposlední řadě chci poděkovat své rodině za finanční i morální podporu po dobu mého studia.
Anotace
Tato diplomová práce je věnována tématu trvanlivosti podlepených spojů, které se uplatňují u výrobků, u kterých je vyžadováno zabezpečení jejich úplné nepromokavosti. Práce obsahuje jednak technologii výroby podlepených spojů, jejich vlastnosti, druhy používaných materiálů a strojní zařízení vhodné k jejich zhotovení.
Dále se práce zaměřuje na analýzu faktorů, kterým výrobky čelí během jejich užívání.
Experimentální část je věnována návrhu a vyhodnocení experimentu, zaměřeného na hodnocení smáčivosti a tahových vlastností podlepených švů po vlivu UV záření a praní.
Klíčová slova
Trvanlivost švu, podlepení švu, nepromokavost, podlepovací páska, pevnost spoje, svařování.
Annotation
This diploma work is devoted to the durability of the sealed seams, which can be used for products in which is require their whole waterproofness. The work includes the technology of production of the pastry seams, their property, kinds of materials andthe machine which is suitable for their production. This work also includes the analysis of the factors, which have some effects on their using. The experimental part is dedicated to the draft and evaluation of the experiment, which is focused on the evaluation of wettability and tensile properties sealed seams after the environmental influences such as UV radiation and washing.
Key words
The durability of seam, seam taped, waterproof, backing strip, bond strength, welding..
Obsah
ÚVOD ... 6
1 TECHNOLOGIE A VLASTNOSTI PODLEPENÝCH ŠVŮ ... 8
1.1 KONVENČNÍ ZPŮSOB TVORBY PODLEPENÝCH ŠVŮ ... 9
1.1.1 TECHNICKÉ SPECIFIKACE KONVENČNĚ ZPRACOVANÝCH SPOJŮ PŘED NATAVENÍM TERMOPLASTICKÉ PÁSKY ... 10
1.2 ZPRACOVÁNÍ STŘIHOVÝCH DÍLŮ PŘED POUŽITÍM NEKONVENČNÍCH TECHNOLOGIÍ SPOJOVÁNI ... 11
1.3 VYBRANÉ NEKONVENČNÍ ZPŮSOBY TVORBY PODLEPENÝCH ŠVŮ ... 12
1.3.1 LEPENÍ (BONDING) ... 12
1.3.2 ULTRAZVUKOVÉ SPOJOVÁNÍ (ULTRA SONIC WELDING) ... 16
1.3.3 VYSOKOFREKVENČNÍ SPOJOVÁNÍ (HIGH FREQUENCY WELDING) ... 18
1.3.4 PŘELEPENÍ SPOJŮ TERMOPLASTICKOU PÁSKOU ... 19
1.3.5 MECHANIZMUS PŮSOBENÍ POLEPOVACÍCH FAKTORŮ ... 22
1.3.6 ANALÝZA NEJČASTĚJI POUŽÍVANÝCH TYPŮ ŠVŮ ... 22
1.4 STROJOVÉ ZAŘÍZENÍ POUŽÍVANÉ PRO TVORBU PODLEPENÝCH ŠVŮ ... 23
1.5 TYPY MATERIÁLŮ POUŽÍVANÝCH KVÝROBĚ PRODUKTŮ SPODLEPENÝMI ŠVY ... 27
1.5.1 POVRSTVENÉ TEXTILIE ... 27
1.5.2 TEXTILIE S MEMBRÁNOU ... 28
1.6 TYPY VÝROBKŮ ZPRACOVANÝCH TECHNOLOGIÍ PODLEPENÝCH ŠVŮ ... 30
1.7 VLASTNOSTI PODLEPENÝCH SPOJŮ ... 34
1.7.1 NEPROMOKAVOST ŠVŮ ... 34
1.7.2 MECHANICKÉ VLASTNOSTI ŠVU - PEVNOST... 35
1.7.3 STUDIE ZABÝVAJÍCÍ SE HODNOCENÍM ESTETICKÝCH A MECHANICKÝCH VLASTNOSTÍ PODLEPENÝCH SPOJŮ ... 36
2 TRVANLIVOST PODLEPENÝCH ŠVŮ ... 41
2.1 VLIVY PŮSOBÍCÍ PŘI ZPRACOVÁVÁNÍ ŠVŮ ... 41
2.2 VLIVY PŮSOBÍCÍ PŘI POUŽÍVÁNÍ VÝROBKŮ ... 42
2.2.1 DEFORMACE VYVOLANÉ LIDSKÝM TĚLEM ... 42
2.2.2 ÚČINKY POVĚTRNOSTNÍCH VLIVŮ ... 44
2.2.3 VLIV ÚDRŽBY ... 52
3 SHRNUTÍ REŠERŠE ... 54
4 EXPERIMENTÁLNÍ ČÁST ... 56
4.1 CHARAKTERISTIKA POUŽITÝCH MATERIÁLŮ ... 57
4.2 CHARAKTERISTIKA POUŽITÝCH ZAŘÍZENÍ ... 58
4.2.1 PRŮMYSLOVÝ JEDNOJEHLOVÝ ŠICÍ STROJ SE STEHEM VÁZANÝM ... 58
4.2.2 ULTRAZVUKOVÝ SVAŘOVACÍ STROJ ... 58
4.2.3 KONTINUÁLNÍ PODLEPOVACÍ STROJ PRO PODLEPENÍ ŠVŮ PÁSKOU POMOCÍ HORKÉHO VZDUCHU ... 59
4.2.6 SPRAY TEST – METODA UMĚLÉHO DEŠTĚ ... 62
4.2.7 TRHACÍ STROJ TESTOMETRIC ... 62
4.3 PŘÍPRAVA VZORKŮ ... 63
4.4 SPOJE - TYPY PODLEPENÝCH ŠVŮ ... 65
4.5 POSTUP ZKOUŠKY ... 73
5 VYHODNOCENÍ EXPERIMENTU ... 76
5.1 HODNOCENÍ VLIVU SIMULOVANÝCH KLIMATICKÝCH PODMÍNEK NAPEVNOST SPOJE 76 5.1.1 NEOZÁŘENÉ SPOJE ... 76
5.1.2 SPOJE OZÁŘENÉ PO 48 HODINÁCH UV CYKLU ... 78
5.1.3 SPOJE OZÁŘENÉ PO 96 HODINÁCH UV CYKLU ... 80
5.1.4 SPOJE OZÁŘENÉ PO 144 HODINÁCH UV CYKLU ... 82
5.1.5 SPOJE BEZ OZAŘOVÁNÍ, OZAŘOVANÉ PO 48,96 A 144 HODINÁCH UV CYKLU ... 84
5.1.6 PEVNOST PŘEPLÁTOVANÉHO TYPU SPOJE VZÁVISLOSTI NA PODLEPENÍ A ŠÍŘCE POUŽITÉ PODLEPOVACÍ PÁSKY ... 87
5.1.7 CELKOVÉ ZHODNOCENÍ PEVNOSTI SPOJŮ BEZ OZAŘOVÁNÍ, PO OZAŘOVÁNÍ 48,96,144 HODINÁCH UV CYKLU ... 89
5.1.8 PEVNOST VLASTNÍHO ZKOUŠENÉHO MATERIÁLU ... 91
5.2 HODNOCENÍ VLIVU ÚDRŽBY NA PEVNOST SPOJŮ ... 92
5.2.1 SPOJE BEZ PRANÍ ... 92
5.2.2 SPOJE VYSTAVENÉ 1 CYKLU PRANÍ ... 94
5.2.3 SPOJE VYSTAVENÉ 5 CYKLŮM PRANÍ ... 96
5.2.4 CELKOVÉ ZHODNOCENÍ PRŮMĚRNÉ PEVNOSTI SPOJŮ BEZ PRANÍ, PO PRANÍ A PO 5 CYKLECH PRANÍ ... 98
5.2.5 PEVNOST VLASTNÍHO MATERIÁLU BEZ PRANÍ, PO PRANÍ 1 CYKLU A 5 CYKLŮ ... 100
5.3 HODNOCENÍ ZKOUŠKY ODOLNOSTI SMÁČENÍ POVRCHU ... 101
6 DISKUSE VÝSLEDKŮ ... 103
7 NÁVRH OPTIMÁLNÍHO NASTAVENÍ TECHNOLOGICKÝCH PODMÍNEK TVORBY PODLEPENÝCH ŠVŮ, KOMBINACE MATERIÁLŮ A PODMÍNEK BĚHEM UŽÍVÁNÍ PRO DOSAŽENÍ MAXIMÁLNÍ TRVANLIVOSTI PODLEPENÝCH ŠVŮ 105 8 ZÁVĚR ... 107
POUŽITÉ ZKRATKY A SYMBOLY
° stupeň
Ω omega
A Amper
AATCC Americká asociace textilních chemiků a koloristů apod. a podobně
atd. a tak dále
°C stupeň Celsia
cca přibližně
CO2 oxid uhličitý
cm centimetr
ČSN československá technická norma DWR označení pro hydrofobní materiál
EN evropská norma
EM roztažnost
F síla
G tuhost ve smyku
g/m2 jednotka plošné hmotnosti
2H smyková hystereze
2HG5 smykový úhel
I proud
ISO mezinárodní organizace pro normalizaci
kg kilogram
kg/cm2 jednotka tlaku vzduchu
kW kilowatt
L líc
LT deformační energie
µm mikrometr
m metr
m/min jednotka rychlosti
mm milimetr
N Newton
O osnova
g gram
Pa Pascal
PA Polyamid
PE Polyuretanester
ph potenciál vodíku
PU Polyuretan
PTFE teflon
R odpor vodiče
R rub
RT pružnost
s sekunda
t čas
T teplota
tzv. takzvaně
Tex jednotka jemnosti
U útek
UV ultrafialové záření
V volt
W watt
WT deformační energie
Úvod
Některé profese, sporty nebo prostředí vyžadují používání speciálních materiálů, které jsou danému účelu přizpůsobeny. Tyto materiály vyžadují zpracovávaní moderními technologiemi, kterými bude zabezpečena funkčnost a design daného produktu. Mezi tyto výrobky můžeme zařadit např. outdoorové oděvy či vybavení jako stany, spacáky, boty, nebo speciální ochranné kombinézy apod. U takovýchto výrobků jsou švy důležitým prvkem, které ovlivňují jejich funkčnost. Požadavky na švy se shodují s požadavky na celý výrobek [3]. Dojde-li během užívání ke změně vlastností spojů, může to ovlivnit trvanlivost a funkčnost daného produktu.
Při zpracovávání těchto výrobků se setkáváme s několika technologiemi tvorby švů. Spoje vznikají v první řadě konvenčním nebo nekonvenčím způsobem spojování.
Nekonvenční spojování se řadí k nákladným způsobům zpracování, ale i přesto má při zpracovávání těchto výrobků své uplatnění. Například u outdoorových oděvů se používá zejména k:
• Spojování jemných materiálů pokud není možné použít klasickou technologii podlepených švů,
• Ušetření váhy produktu – např. pro expediční vybavení pro náročné aktivity v horách je hmotnost velmi důležitým parametrem,
• Dozdobení produktu – jedná se o přidanou hodnotu, která produkt
„prodává“ [32].
Pro zajištění nepromokavosti a vyšší pevnosti spoje následuje fáze podlepení speciální termoplastickou páskou. Technologie, kterou je páska aplikována na šev se řadí k nekonvenčním způsobům spojování. Jedná se o technologii, o které lze říci, že je již standardem takovýchto výrobků. Jejím cílem je retence nepromokavosti celého produktu a zvýšení pevnosti v místě spojů.
Od sportovních, pracovních nebo ochranných oděvů do speciálních prostředí apod. je požadováno plnění funkčních vlastností a to po celou dobu jejich užívání, kdy jsou vystaveny účinkům mechanickým, klimatických změn apod. Základem pro zajištění trvanlivosti švů je znalost všech vlivů, které se podílejí na vlastnostech spojů a rovněž i faktorů působících během užívání výrobku. Charakter švů je získán především druhem použitých materiálů, ale důležitá je i technologie spojovacího procesu. U spojů
druhu a jemnosti šicí nitě, jemnosti a hrotu jehly atd. Nekonvenční způsob zpracování švu je ovlivněn druhem materiálu, typem spoje a parametry spojování (např. teplota, tlak). Technologie podlepování je ovlivněna teplotou, přítlakem a časem, po který je šev podlepován.
Cílem této práce je posoudit trvanlivost podlepených švů zhotovovaných u textilních materiálů běžně používaných pro výrobu sportovních oděvů. Teoretická část práce je věnována charakteristice a technologii zhotovování těchto spojů. Další část je věnována všeobecným účinkům, které na ně působí a mohou případně i ovlivňovat jejich charakter. Experimentální část je zaměřena na hodnocení funkčnosti a odolnosti švu. Záměrem je prošetřit faktory ovlivňující trvanlivost podlepených spojů.
1 Technologie a vlastnosti podlepených šv ů
U výrobků, ať už se jedná o výrobky oděvního charakteru či jiné, patří spoje k nejcitlivějším místům. I přes to, že jsou produkty zpracovány z vysoce nepromokavého materiálu, může voda proniknout skrz materiál právě kritickým místem, které tvoří švy. Pro zajištění celkové nepromokavosti výrobku i případné zvýšení pevnosti spojů, je vyžadováno přelepení švů speciální páskou.
Podlepené švy jsou již zavedeným standardem u výrobků zhotovených ze speciálních materiálů, které vyžadují některá prostředí, profese či sporty apod.
Obecným postupem při jejich zhotovování je tvorba spoje mezi jednotlivými střihovými součástmi. Spoj může být vytvořen dvěma způsoby. Jedním z nich je konvenční postup zpracovávání švu, který zahrnuje spojení materiálů pomocí šití. Použití šicích nití navyšuje celkovou hmotnost výrobku. Druhý způsob se řadí k nekonvenčním a jedná se o tzv. technologii bezešvých spojů. Z těchto principů spojování se v případě podlepených švů používají tři způsoby spojování, tedy pomocí ultrazvuku anebo lepením či vysokofrekvenční spojování.
Zhotovený šev je následně přelepen speciální termoplastickou páskou z rubové nebo lícové strany. Technologie přelepování využívá nejčastěji exotermický způsob svařování na jejímž principu pracují horkovzdušné podlepovací stroje. Cílem je zajistit nepromokavost a současně zvýšit pevnost spoje. Zabezpečení nepromokavosti spoje se týká především švů vytvořených konvenčním způsobem. Šicí proces zanechává v oděvním materiálu otvory po vpichu jehly a snižuje tak jeho nepromokavost. Aby se zamezilo průniku vody, je nutné na šev z rubové nebo lícové strany aplikovat termoplastickou páskou.
Podlepené švy je možné použít u všech typů vysocefunkčních materiálů. Tedy jak u materiálů se zátěrem nebo membránou. Zvláštní případ tvoří softshellové materiály. Patří k třívrstvým laminátům, které jsou z rubní strany opatřeny vrstvou fleecu, proto jejich zpracování vyžaduje navíc použití speciálního přístroje, kterým se rubní strana v místě švu přebrousí. Termoplastická páska je tedy lepena přímo na membránu. Cílem je zabezpečit dobrou přilnavost mezi páskou a materiálem[1].
O použité technologii ke zhotovení podlepených spojů rozhoduje charakter materiálu, někdy i cena výsledného produktu, apod.
Obecné podmínky při zpracovávání vysocefunkčních materiálů:
• Pro zajištění waterproof/breathable efektu, musí být všechny vrchní díly zpracovány z těchto materiálů.
• Všechny materiály musí být zpracovány správnou stranou k povrchu výrobku.
• Použije-li se podšívka nebo jiné doplňkové materiály, nesmí snížit propustnost vodních par vysocefunkční textilie.
• Funkční materiály vyžadují při šití používání šicí jehely s vyšším Nm číslem.
• Ke konvenčně zpracovaným švům se používají polyesterové šicí nitě v normálním nebo vodoodpudivém provedení. Doporučený počet stehu na délku 1 cm je uváděno 3 – 5 stehů.
• Výrobky s membránou i zátěrem musí být zajištěny nepropustnou podlepovací páskou.
• Pro spojení dílů je možné použít nekonvenční způsoby spojování, kterými vznikne tzv. svařený šev se stejnými vlastnostmi, jako má vrchový materiál. Tato technika spojování zajišťuje, že spojem nepronikne vlhkost [24].
1.1 Konven č ní zp ů sob tvorby podlepených šv ů
Při zpracovávání materiálů s membránou či laminátem nesmí dojít k poškození textilie. Z tohoto důvodu je nelze zpracovávat běžným způsobem jako klasické textilie a před samotným šitím se nesmí provádět pomocné špendlení či stehování, kterým by se textilie poškodila. Vznikla by tak místa, jimiž by mohlo dojít k průniku vody z okolního prostředí, čímž by došlo k narušení funkčnosti výrobku [6]. Jediným vhodným způsobem konvenčního spojování je strojové šití. Základem je tvorba stehu, který vznikne provázáním šicích nití od jednoho vpichu k druhému. Stehy rozdělujeme podle normy ISO 4915 do šesti tříd. Na výrobcích se vyskytují vázané stehy třídy 300.
Tato třída zahrnuje dvou- a vícenitné vázané stehy, které jsou tvořeny strojově jednou nebo i více vrchními nitěmi s jednou nití spodní, viz obrázek 1. K provázání nití dochází uprostřed šitého díla a vzhled stehů z lícní i rubní strany je stejný. Pro vázané stehy je typickou vlastností dobrá pevnost, obtížná paratelnost a nízká tažnost. K výhodám patří i nižší spotřeba nití a možnost ukončení stehové řady uzašitím proti vypárání [9].
Správné provázání stehu je závislé na vhodně zvoleném typu jehly a nitě. Jejich jemnost i materiálové složení musí být vhodný pro daný typ zpracovávaného materiálu.
Jedním z dalších důležitých parametrů spojování je nastavení hustoty stehu. Správné nastavení napětí vrchní i spodní nitě je rovněž rozhodující.
Potřebnou pevnost ovlivňují vhodně zvolené šicí nitě, jehla a způsob provedení švu.
Obrázek 1: Vázaný steh 301[7]
Výhody šitých spojů:
• snadný způsob spojení,
• finančně méně náročná technologie.
Nevýhody šitých spojů:
• jehla po vpichu zanechává otvory v materiálu – není 100% nepromokavost,
• nutné použití spojovacího elementu (šicí nitě),
• možné poškození spojovacího prvku,
• zvýšení hmotnosti zpracovávaného oděvu.
1.1.1 Technické specifikace konvenčně zpracovaných spojů před natavením termoplastické pásky
Před zajištěním švů pomocí termoplastické pásky je velmi důležité přizpůsobit šíři švové záložky šířce zvolené pásky. Je to z toho důvodu, aby páska byla co největší plochou přichycena k ploše materiálu v okolí švu. Standardně se používají pásky o šířce cca 20 mm. V tomto případě bude šíře švové záložky široká 0,5 - 1 cm. Při použití pásky široké 13 mm se šíře záložky sníží na 0,5 mm [32].
Před aplikací pásky na šev je u šitých švů nutné zkontrolovat a případně odstřihnout vyčnívající konce nití. Okraje švových záložek musí být rovněž začištěné.
Pokud by spoje zůstaly nezačištěné, odstávající nitě by posléze mohly vytvářet funkci knotu pro vnik vlhkosti, čímž by byla narušena vodotěsnost výrobku.
1.2 Zpracování st ř ihových díl ů p ř ed použitím nekonven č ních technologií spojováni
Nekonvenční metody spojování vyžadují pro zpracování některých typů spojů čistě zpracované okraje střihových dílů. Tím je myšleno, že musí mít zapravené okraje tak, aby se eliminovalo jejich třepení. K tomuto účelu je vyžadována technologie lasercutting [32], viz obrázek 2. Jedná se o technologii nekonvenčního způsobu oddělování, který využívá k oddělování střihových součástí laserový paprsek. Tento způsob oddělování je založen na principu soustředění světelného paprsku do jednoho bodu a jeho proměně v tepelnou energii. K oddělení oděvních součástí dojde tedy propálením materiálu. Paprsek o vysoké intenzitě má takovou sílu, jež je dostatečná k tomu, aby oděvní materiál ,,sublimoval“. Laser je tvořen úzkým paprskem světla o jedné vlnové délce. Tato zařízení existují v provedení s pohyblivým a nepohyblivým laserovým paprskem.
Výhody:
• výsledné oddělení je čistší než při řezání nožem.
Nevýhody:
• není možné oddělovat vyšší vrstvy naložených oděvních materiálů,
• finančně náročná technologie [8].
Obrázek 2: Lasercutting [51]
1.3 Vybrané nekonven č ní zp ů soby tvorby podlepených šv ů
Používáním oděvních materiálů s obsahem termoplastických vláken vedlo k vývoji nových technologií v oblasti spojování [9]. Jedná se o tzv. technologii bezešvých spojů [19]. Od spojů vytvořených touto metodou je vyžadováno, aby jejich vlastnosti odpovídaly vlastnostem spojovaných materiálů a vytvořily spoj srovnatelný s vlastnostmi toho šitého. Což je velmi široký požadavek, bereme – li v úvahu, že na jednotlivé třídy spojů se nekladou úplně stejné požadavky na pevnost, tuhost, odolnost apod. Jiné parametry musí splňovat švy nosné a jiné požadavky budou kladeny na pomocné spoje [8].
Tato technologie zahrnuje tři různé způsoby spojování – vysokofrekvenční, lepící a ultrazvukové. S ohledem k následnému zpracování spojů podlepováním, se v tomto případě používají všechny tři způsoby. Důležitým požadavkem při zpracovávání těmito technologiemi je, že spojovaný materiál musí být v oblasti spoje čistý, zbavený všech nežádoucích příměsí, které by bránily spojení tohoto materiálu [46].
1.3.1 Lepení (Bonding)
Principem lepení je nanesení spojovacího prostředku na spojované listy oděvních materiálů a následným působením přítlačného tlaku, kterým dojde ke vzniku spoje mezi spojovanými díly. Tato technologie rozlišuje dva způsoby lepení, jedním je lepení za tepla, druhým za studena [8].
Lepení za tepla či laminace probíhá nanesením spojovacího prostředku, či adheziva mezi střihové součásti spojovaného materiálu, viz obrázek 3. Následně pomocí vysokého tlaku a teploty (cca 130°C) dojde ke vzniku spoje [19]. Vzniklé spoje musí odpovídat vlastnostem spojovaných materiálů a musí mít odpovídající parametry.
Z tohoto důvodu je zřejmé, že nebude možné uspokojit všechny požadavky pouze jedním druhem lepidla. Jednotlivé technologické kroky tvorby lepeného spoje se odvíjí do formy pojiva, tedy jeho konzistence. Při lepení spoje například pomocí fólie jsou kroky následující: V prvé řadě je lepidlo nataveno za působení tlaku a určité rychlosti k okraji spodní spojované střihové součásti na její lícní stranu. Tlak a rychlost musí mít střední hodnoty. Teplota natavení pásky musí být nízká, ale zároveň dost vysoká k dosažení měknutí lepící fólie. Druhým krokem je odstranění ochranného papírového
tak aby určitá část pásky vyčnívala. Tím je dosaženo zdobícího efektu spoje, viz obrázek 5. Neboť při spojování přesahuje určitá šířka fólie do lícní strany švu.
Posledním krokem je vložení takto připravených střihových součástí do lisu nebo jiného zařízení vhodného k laminaci spoje. Postup zpracování lepeného spoje je znázorněn na obrázku 4. Teplota laminováni je ovlivněna charakterem pásky. Tlak a rychlost průchodu by měl dosahovat středních hodnot. Někdy se místo tepla může použít vysokofrekvenčního záření [26].
Obrázek.3: Schéma laminovaného spoje [26]
Obrázek 4: Postup zpracování lepeného spoje na VividEdge přístroji pro těsnění švů [26]
Obrázek 5: Lepící reflexní fólie aplikovaná ve švu slouží jako spojovací prvek a současně působí i jako zdobící prvek [26]
O kvalitě spojů rozhodují tyto faktory:
1 Fyzikální
• Pórovitost a hladkost povrchů spojovaných materiálů.
• Povrchové napětí pojiva a smáčivost povrchu adherentu – lepidla s dokonalou adhezí jsou taková, která dobře smáčí povrch lepených materiálů. K tomu dochází tehdy, jsou - li mezimolekulární síly mezi adhezivem a adherentem větší nebo se rovnají kohezním silám adheziva.
• Skupenství adheziva – k nejlepším patří tekuté. Styčný úhel dotyku by měl být menší než 90° (úhel dotyku > 90° snižuje pevnost spoje).
• Tloušťka a vlastnosti adhezivního filmu – adhezivní film musí být souvislý.
Větší tloušťka filmu snižuje pevnost spoje.
• Tlak a doba působení při lepení – musí být rovnoměrný a přiměřený a odvíjí se od druhu adheziva.
2 Chemický
• Hodnota ph adheziva – špatná hodnota může vést k poškození slepovaného povrchu.
• Polarita adheziva a lepeného materiálu
• Polymerační stupeň makromolekulárních adheziv – adheze polymerů je tím větší, čím nižší je jejich molekulová hmotnost. Optimální spoj vytvoříme použitím adheziva se střední molekulovou hmotností, která vykazuje dostatečnou kohezní a adhezní pevnost.
• Chemická stavba adheziva a adherentu – lepidla aromatického charakteru zajišťují dokonalejší spojení materiálu
• Chemické nečistoty – např. mastnoty, voda, oxid uhličitý absorbované na povrchu lepených materiálů snižují pevnost spoje. Před spojováním střihových dílů je nutné povrch očistit [8], [9].
Pevnost spoje závisí na:
• Poréznosti obou materiálů – čím vyšší je poréznost materiálů, tím je pevnost spoje vyšší.
• Kohezi – tedy pevnosti vytvrzení adheziva [9].
Adheziva
Adheziva, nebo – li lepidla jsou makromolekulární organické sloučeniny, používané při spojování lepením, které umožňují vytvořit spoj mezi povrchy stejných nebo různých materiálů. Lepidla jsou aplikována zpravidla na jednu stranu materiálu.
Setkáme se s nimi ve formě tuhé, polotuhé a kapalné.
Lepidla v tuhé formě jsou prezentovány lepícími fóliemi, filmy nebo prášky.
Řadí se k velmi vhodným pojícím prostředkům, neboť zabezpečují, že nedojde k jejich proniknutím na lícní stranu výrobku, či znečištění, které by vedlo ke znehodnocení výsledného produktu. Aplikují se na materiály citlivé k vysokým teplotám a s vysokou elasticitou. Navíc, umožňují eliminovat třepení okrajů střihových dílů tkaniny. Hotový spoj se projevuje vysokou pevností a pružností a odolností proti vodě[26]. Rovněž neobsahují rozpouštědla, která jsou toxická a hořlavá.
Používání polotuhých pojiv je výjimečné, vhodné spíše pro pomocné operace.
Jejich nevýhodou je malá odolnost proti organickým rozpouštědlům a omezená životnost.
S tekutými lepidly se lze setkat ve formě roztoků, disperzí, past, a nebo pěn.
Tato lepidla však mají při lepení textilií tendenci pronikat na jejich lícní stranu, což patří k jejich hlavním nevýhodám. K dalším špatným vlastnostem se řadí i jejich omezená trvanlivost. Většina z nich navíc obsahuje organická rozpouštědla, která jsou hořlavá a zdraví škodlivá, nebo mají malou odolnost proti chemickému ošetřování. Pro oděvní účely jsou z této skupiny nejvhodnější kaučukové latexy, konkrétně latexy syntetických kaučuků. Obecně mají velkou pružnost, nízkou tuhost lepeného spoje, dobrou odolnost proti stárnutí, vyšším teplotám a vůči organickým rozpouštědlům. Používají se hlavně pro takové operace, kde nevadí proniknutí lepidla na lícní stranu textilie, nebo pro zpevnění okrajů oddělených oděvních součástí proti třepení [8].
K nejvíce rozšířeným a používaným druhům termoplastických lepidel patří:
• Polyamid – k jeho vlastnostem se řadí nerozpustnost v benzínu ani v trichloretylenu,
• Polyester – zabezpečuje vysokou pevnost, mají dobrou tepelnou i chemickou odolnost, používají se u spojů, které mají být pružné,
• Polyetylen – odolný vůči pracím prostředkům,
• Polyvinylchlorid,
• Polyvinylacetát[26].
Lepidla musí splňovat tyto podmínky:
• mít dostatečnou mechanickou pevnost a vysokou adhezi ke spojovaným materiálům, aby umožňovaly zajistit požadovanou pevnost lepených spojů,
• vyhovující tuhost, tažnost a prodyšnost,
• odolnosti proti vodě a chemickému čištění (při údržbě),
• vyhovovat estetickým nárokům daného produktu
• trvanlivost - výraz zahrnuje jejich chemickou odolnost a odolnost proti stárnutí. Pojem stárnutí je jev, při kterém vlivem světla, tepla nebo kyslíku apod. dochází ke změnám ve výstavě makromolekulárních látek.
Tyto změny se mohou projevit jako mechanické nebo chemické.
Nejčastěji dojde ke snížení pevnosti, pružnosti a tažnosti. Chemické změny se projevují buď destrukcí řetězců makromolekul, nebo k jejich spojování. Destrukce způsobuje snižování hmotnosti a snížení teploty měknutí, tím se polymer stáváme měkkým, lepivým a má malou mechanickou pevnost. Spojování řetězců způsobuje tvrdnutí a křehnutí a rovněž klesá pevnost. Rychlost stárnutí je ovlivněn vnějšími podmínkami. U lepidel používaných k oděvním účelům dochází k procesu stárnutí velmi pomalu, neboť oděvy nejsou vystaveny přímému působení povětrnostních vlivů po dlouhou dobu. Chemická odolnost závisí na chemickém složení lepidla, dále jeho na struktuře a molekulové hmotnosti. Čím vyšší je molekulová hmotnost lepidla, tím vyšší je pevnost i tuhost a zvýšená odolnost vůči chemickému čištění.
Chemická odolnost lepených spojů by myla být stejná jako odolnost použitého textilního materiálu [8],[9].
1.3.2 Ultrazvukové spojování (Ultra Sonic Welding)
Při tomto způsobu spojování jsou jednotlivé střihové díly ve svařovacím místě spojeny působením ultrazvukové energie. Díly materiálu se v místě sváru sevřou určitou přítlačnou silou mezi zdroj ultrazvukových vibrací a pevnou oporu. Následně je materiál po určitou dobu vystaven účinkům ultrazvukových vibrací, jejichž směr
ultrazvuková energie, pohyb a tření molekul vytváří v místě sváru teplo. Teplem dochází k zahřátí materiálu do té míry, že se stává viskózním, tzn. že je natavován a následně stlačován mezi spojovanými součásti do určité formy. Po vychladnutí je materiál spojen.
Při zpracovávání švů je používán kontinuální systém svařování. Tento systém tvoří souvislý přímočarý nebo křivočarý svar. Svářecí nástroj má tvar kotouče, jehož odvalováním po povrchu materiálu vznikne švový svar nahrazující sešití střihových součástí. Svářecí kotouče představuje element, jehož různě zdobenými povrchy a šířkou, lze docílit rozmanitého vzhledu spojů, viz obrázek 6 a obrázek 7.
Výhodou, jež představuje ultrazvukové svařování, je především úspora času a možnost snadné automatizace. Dále odpadá potřeba spojovacího materiálu.
Nevýhody představuje nastavování jednotlivých parametrů, které jsou pro každý druh materiálu i operaci individuální, vysoké provozní náklady[9].
Obrázek 6: Svařený spoj – přeplátovaný zdobený šev [1]
Obrázek 7: Svařený spoj – jednoduchý hřbetový šev [19]
Kvalita a pevnost spoje jsou závislé na:
• Době působení ultrazvukových vibrací – tato doba závisí na požadovaném tepelném efektu, který je potřeba k roztavení svařovaného materiálu. Z hlediska produktivity práce se jí snažíme zkrátit.
• Amplitudě kmitání – vyvolávající pohyb a tření molekul, jejíž příčinou je vznik tepla potřebného k roztavení materiálu. Velikost amplitudy je dána výkonem ultrazvukového zdroje.
• Přítlačné síle – jejím úkolem je zajistit přenos ultrazvukových kmitů do spojovaného místa. Působením ultrazvukové energie dochází k zahřátí
materiálu a stavu plastického tečení. Správné nastavení přítlačné síly má významný vliv na konečnou kvalitu spoje.
• Pracovní frekvence [9].
1.3.3 Vysokofrekvenční spojování (High Frequency Welding)
Jedná se o endotermický způsob svařování. Zakládá se na principu působení vysokého tlaku a vysoké frekvence v místě spojení střihových dílů. U tohoto typu spojování se teplo potřebné ke spojení dvou či více střihových součástí vytváří ve styčných plochách svařovaného spoje [19]. Působením vysoké frekvence dochází k přesunu nebo pohybu částic. Jejich pohybem dojde ke vzájemnému tření a to způsobí vznik tepla. Čím většího pohybu molekuly dosahují, tím vzniká vyšší teplo, kterým dojde k tavení materiálu. Působíme – li navíc tlakovou silou, dojde ke vzniku spoje [9], viz obrázek 8. U vysokofrekvenčních svařovacích strojů leží při spojování materiály mezi elektrodami, které jsou zdrojem vysokofrekvenční energie přiváděné do materiálu.
Současně rovněž dochází k formování a lisování svařovaného materiálu.
Tento způsob spojování představuje výhodu v tom, že při zhotovení švu se nepohybuje stroj ani výrobní zařízení. Proces umožňuje vysokou automatizaci výroby. Nevzniká vrásnění švů a u spojů se nemusí počítat s velkými přídavky na švy.
Tvorby kvalitního pevného spoje ovlivňuje materiálové složení střihových součástí daného materiálu. Dosažitelné pevnosti spojů jsou nižší zejména u výrobků ze 100%ních termoplastů, než například u směsových materiálů. Navíc spoje vzniklé touto technologií mají po údržbě (chemické čištění, praní) ztrátu pevnosti kolem 5%, což je poměrně malý úbytek.
Kvalita švu dále závisí na:
• homogenitě materiálu,
• rovnoměrná tloušťce spojovaného materiálu,
• rovnoběžnosti svařovacích elektrod,
• konstantním napětí po celém obvodu svařovacích elektrod,
• závislosti ztrátového součinitele na teplotě[45].
Obrázek 8: Svařený spoj – přeplátovaný šev [19]
Porovnání bezešvé technologie s konven č n ě zpracovanými švy
Budeme – li hodnotit nekonvenčně zpracované švy s konvenčně šitými spoji, je nutné zmínit, že neortodoxní způsob spojování představuje tyto výhody:
• nejsou zapotřebí šicí nitě – oděvy zpracované bez použití nití mají nižší hmotnost,
• vyšší životnost - odolnost proti roztržení nebo rozedření švu,
• absolutní nepromokavost.
K nevýhodám nekonvenčně zpracovávaným spojům, patří zejména:
• vysoké náklady na technologii,
• časová náročnost[21],[45].
1.3.4 Přelepení spojů termoplastickou páskou
Pro zajištění pevnosti a nepromokavosti spojů vytvořených konvenční nebo nekonvenční metodou je třeba provést jejich přelepení pomocí termoplastické pásky, viz obrázek 9. Přelepení se rovněž řadí k nekonvenčním způsobům spojování. Aplikaci termoplastické pásky je možné provést z lícní nebo rubní strany. Spoj přelepený páskou má pevnost vyšší než vlastní materiál, z něhož je vytvořen[19].
Podmínkou podlepování je, že termoplastická páska je tavitelná a svařovaný materiál je v oblasti spoje čistý, zbavený všech nežádoucích příměsí [46].
Obrázek 9: Šev před a po zajištění podlepovací pásky [20]
Přelepování je prováděno již tradičně na horkovzdušných svařovacích strojích, kdy termoplastická páska je namotaná na cívce lepící stranou vně a přiváděna k materiálu. Materiál spolu s páskou při zpracovávání prochází dvojící válců, viz obrázek 10, z nichž vrchní válec je přítlačný. Dojde ke spojení pásky a materiálu, viz obrázek 11. Podle požadované hodnoty je páska stříhána automaticky za pomoci střihače s odděleným motorem a přítlačnou kladkou.
Jedná se o kontinuální způsob svařování, při kterém dochází k natavování termoplastického materiálu pomocí horkého vzduchu dopravovaného tryskou. Jde o svařování exotermické, při kterém se části švu ohřejí zdrojem tepla na požadovanou teplotu, kterou se docílí natavení materiálu. Teplo, je v tomto případě přiváděno ke svařovanému spoji z vnější strany, tedy působení vyhřívaných elementů. Materiál se vloží mezi tyto elementy a poté co dojde k nahřátí, materiály jsou k sobě přitlačovány příslušnými prvky. Působením přítlaku dojde ke spojení. Po vychladnutí vznikne pevný spoj, který si zachovává původní fyzikální vlastnosti spojovaného materiálu.
Pro dosažení kvalitního spoje u exotermického svařování je velmi důležité nastavení množství přiváděného tepla ke svařovanému místu. Malým množstvím nebo překročením správného množství tepla vznikne nekvalitní spoj s malou pevností.
Při překročení teploty navíc dojde k poškození materiálu. K vyhřívání svářecích elementů může docházet nepřetržitě nebo krátkodobě. U trvalého způsobu dochází k vyhřívání za pomoci odporových článků. Při tomto typu svařování je nutné přesně nastavit teplotu a dobu sváření. Krátkodobé vyhřívání je docíleno průchodem elektrického proudu v přesně stanoveném časovém intervalu přes odporový drát umístěný uvnitř elementu. Teplo je pak vyjádřeno vztahem:
Q = R
.I
2 .t [J]
kde R - odpor vodiče [Ω], I – proud [A], t – čas [s].
U kontinuálního svařování je žádoucí místo doby sváření nastavit rychlost posuvu svařovaných materiálů [9].
K aplikaci pásky na spoj je možné použít i ultrazvukové stroje [26].
Obrázek 10:Podlepování šitého švu pomocí horkovzdušného
svařovacího zařízení[20]
Obrázek 11: Podlepení rubové strany švu termoplastickou páskou [56]
Termoplastická páska ur č ená k p ř elepování šv ů
Každý druh materiálu vyžaduje použití speciální termoplastické pásky.
Podmínkou používání těchto pásek je, že musí být tavitelné. Pásky určené k zakrytí švů, viz obrázek 12, jsou složeny nejčastěji ze dvou nebo tří vrstev. Někteří výrobci dodávají i čtyř- nebo pětivrstvé pásky. Jednu z vrstev tvoří vždy adhezní film, který umožňuje mezi páskou a vrchovým materiálem vytvořit vazbu [27]. Další část pásky je tvořena vrstvou nosnou. Dvouvrstvé pásky se navíc skládají ještě z papírového nosiče, který se odstraňuje ihned po aplikaci. S tímto nosičem se u třívrstvých polepovacích pásek nesetkáme, ale na rozdíl od dvouvrstvých obsahují vrstvu, která dodává textilní vzhled.
Je shodná s jednou ze stran materiálu, čímž zlepšuje estetickou hodnotu oděvu a zajistí neviditelnost švu. Šíře pásky se standardně pohybuje okolo 20 – 22 mm. Podlepováním se kromě zvýšení pevnosti a zabránění pronikání vlhkosti v místě švu docílí navíc i mírné zvýšení hmotnostia snížení prodyšnosti v okolí švu [26]. Pro eliminaci těchto vlastností se používá nejčastěji u třívrstvých materiálů páska o šíři 13mm [20].
Obrázek 12: Různé typy přelepovacích pásek [30]
1.3.5 Mechanizmus působení polepovacích faktorů
Adheze je spojení dvou různých povrchů působením přitažlivých sil. Toho se využívá při přelepování švů termoplastickou páskou. K jejímu vyvolání je zapotřebí uvést adheziva do kapalného stavu. U termoplastických pojiv je nejrozšířenějším způsobem, jak dosáhnout jejich tavení, právě působením určité teploty. Jeho roztavením se sníží kohezní energie pojiva a zlepší se jeho roztíratelnost. Za působení zvýšeného mechanického napětí vlivem tlaku dojde ke smočení povrchu materiálu v místě podlepovaného švu. Tavenina se dostatečně přiblíží k povrchu materiálu a vytvoří s ním spojení pomocí fyzikálních sil. Důležitá je i spoluúčast času působení teploty a tlaku.
Za jejich současného působení je lepidlu dodáno dostatečné množství energie pro adhezi. Po následném ochlazení se zvýší koheze pojiva na původní hodnotu. Soustava nabude požadovaných mechanicko-fyzikálních vlastností [28].
1.3.6 Analýza nejčastěji používaných typů švů
Obecně slouží šev jako spojovací prvek střihových součástí výrobku, napomáhá mu dát trojrozměrný tvar a působí jako zdobící prvek. Požadavky kladené na vlastnosti se odvíjí od toho, jaké poslání má konkrétní šev na výrobku. Hlavním úkolem spojů např. u oděvních výrobků je zajištění funkčnosti oděvu se současným zajištěním estetických vlastností. K často používaným typům spojů, které se vyskytují na výrobcích, patří především švy hřbetové třídy 1.00.00 a přeplátované třídy 2.00.00 podle normy ISO 4916.
Přehled nejčastěji používaných spojů pro výrobky určené ke sportovním účelům
Tabulka 1: Přehled nejčastěji vyskytujících se typů spojů na výrobcích určených pro sportovní účely
Technologie spojování
Nákres
Třída švu
Jednoduchý hřbetový 1.01.01 Přeplátovaný 2.02.02
Šité
Lepené x
Ultrazvukově svařované
Vysokofrekvenčně
svařované x
1.4 Strojové za ř ízení používané pro tvorbu podlepených šv ů
Pro tvorbu podlepeného spoje, jak bylo zmíněno výše, je možné použít více technologických postupů. K vytvoření konvenčně zpracovaného švu je zapotřebí průmyslového šicího stroje jednojehlového nebo dvoujehlového s vázaným typem stehu a s nožem pro ořez švových záložek, viz obrázek 13. K technickým specifikacím těchto strojů patří maximální otáčky, nastavitelná délka stehu, způsob podávání materiálu, jehelní systém aj. [18].
Na trhu je těchto strojů nabízeno nepřeberné množství typů a značek.
K nejznámějším světovým výrobcům šicích strojů patří například Singer, Minerva, Juki, Pfaff atd.
Obrázek 13: Rychloběžný průmyslový šicí stroj Juki [18]
Při nekonvenčním zpracovávání švu pomocí ultrazvukovým svařováním se používají svařovací ultrazvukové stroje, viz obrázek 14 a obrázek 15. Tyto stroje využívají ultrazvukové energie ke spojení materiálu. Tento způsob svařování se klasifikuje jako rotační svařování, při kterém dochází ke svaření materiálu průchodem střihových součástí mezi zdrojem ultrazvukových vibrací a pevnou oporou.
Jedná se o kontinuální proces svařování. V místě sváru je navíc materiál sevřen určitou přítlačnou silou. Ultrazvukové vibrace po určité době působení způsobí roztavení termoplastického materiálu a ten proteče mezi spojované součásti. Následným vychladnutí je vytvořen pevný spoj [9]. Ultrazvukový svařovací stroj se skládá z rotační kruhové sonotrody umístěné na vrcholu ramene a z točitého titanového kolečka umístěném ve spodním rámu. Kolečka jsou snadno vyměnitelná a lze je používat s různými motivy pro docílení zdobícího efektu na švu, viz obrázek 16 a 17.
K technickým specifikacím svařovacího stroje patří: svařovací rychlost, pracovní frekvence (výkon), tlak a šíře švu[9]. Tyto stroje existují i ve variantě, kdy svařují a současně ořezávají okraje švových záložek.
Obrázek 14: Ultrazvukový svařovací stroj s kruhovou sonotrodou značky PFAFF 8310 [16]
Obrázek 16:Titanové kolečko Clean and Precise napodobující stroj s ořezem [17]
Obrázek 17: Titanové kolečko napodobující dvoujehlový stroj [17]
Rotační typ svařování představují i horkovzdušné podlepovací stroje určené k aplikaci termoplastické pásky na šev, viz obrázek 18 [16]. Během podlepování prochází materiál dvojící válců, z nichž vrchní je přítlačný. Natavení materiálu umožňuje horký vzduch dopravovaný k materiálu tryskou s vodící kladkou. Teplo z válců působí přes materiál a nataví pásku, čímž vznikne pernamentní pojení.
K technickým specifikacím stroje patří teplota [C°], rychlost svařování [m/min], výhřevnost [kW], šířka pásky [mm], [9].
Významní dodavatelé horkovzdušné svařovací techniky na světovém trhu jsou italský výrobce Framis, německá společnost Pfaff, Miller Weldmaster aj.
Obrázek 18: Horkovzdušný podlepovací stroj pro podlepování švů značky PFAFF 8303 [18]
Zařízení pro vysokofrekvenční svařování, viz obrázek 19, se skládá z vysokofrekvenčního generátoru, který funguje jako zdroj vysokofrekvenční energie, dále z mechanické části, která je zdrojem pohybu elektrod a svařovaného materiálu a v poslední řadě ze svařovací vrchní a spodní elektrody. Pro oděvní účely, nebo k výrobě stanů apod. se používají stroje kontinuální, které mají podobnou konstrukci jako stroje šicí. Avšak místo šicího ústrojí je stroj opatřen dvěma proti sobě stojícími
otočnými kotouči, které slouží jako elektrody a nahrazují jehlu, patku, podavač šicího stroje. Horní kotouč je odpružen a uzemněn. Spodní kotouč bývá větší a izolačně uchycen. Mezi těmito kotouči prochází materiál a pod určitým tlakem dojde ke svaření v řadě bodů. Kotouče jsou poháněny motorem o stejné obvodové rychlosti. Tím nedojde k vrásnění spoje. Technické specifikace: svařovací rychlost[m/min]. K nejznámějším výrobcům patří firmy Pfaff, Adler, Electric, Seiwa, Jaguar [9], [8].
Obrázek 19 : Vysokofrekvenční svařovací stroj [27]
K tepelnému spojování je vhodné použít zařízení k účelu: lepení v ploše, nebo kontinuálnímu lepení [36]. Zařízení pro lepení v ploše se skládají ze spodní lisovací plochy a horního přítlačného ramene, viz obrázek 20. Spojovaný materiál se vkládá na spodní plochu a vrchní přítlačná plochu umožní vyhřívání a spojení. Technickými parametry jsou velikost fixační plochy, teplota, tlak, časovač [22]. Stoje pro kontinuální lepení mají největší význam a uplatnění při výrobě oděvů, u kterých je předpokladem nepropustnost vody a plynů.
Obrázek 20: Několik variant svařovacích strojů pro výrobu lepených spojů [27]
1.5 Typy materiál ů používaných k výrob ě produkt ů s podlepenými švy
Pro sportovní a jiné účely se používají výrobky zhotovené z vysocefunkčních textilií. Charakter funkčních textilií je získán kombinací několika funkčních vlastností.
Na materiály jsou kladeny vysoké požadavky v plnění jejich speciálního charakteru.
Hlavní funkcí je chránit tělo před působením vnějšího prostředí a zároveň zajistit komfort při nošení. Další podstatnou vlastností využívanou při nošení je plošná hmotnost materiálů, která by měla být nízká [4]. Materiály, které splňují výše zmíněně požadavky, se dělí do dvou kategorií. Jedněmi jsou textilie povrstvené a druhým typem jsou materiály s membránou. Zhotovují se různými technologiemi výroby. Volba materiálu k výrobě produktu je ovlivněna účelem, pro který je výrobek určen [15].
1.5.1 Povrstvené textilie
Povrstvené materiály vznikají nanesením vhodné hmoty na vnější stranu textilie.
Hmota je na povrch textilie aplikována v různě silných vrstvách. Zátěrem se povrch textilie stává hrubším, snižuje prodyšnost a zvyšuje hmotnost, brání v prostupu vody z vnějšího prostředí, dobrý odvod vlhkosti, porézní struktura poskytuje dobrou tepelnou izolaci a vytváří trvalou impregnaci. K nejběžněji používaným typům nosných textilií patří textilie složené z polyamidu, polyesteru nebo polyetylénu, polypropylenu a jako impregnační prostředky se používají zátěry na bázi polyuretanu, silikonu, akrylu, PVC(polyvinylchloridu) apod.
Povrstvené textilie dělíme na prodyšné a neprodyšné. Pro výše zmíněné účely se využívají prodyšné typy povrstvených textilií, které dále rozdělujeme na hydrofilní, hydrofobní a mikroporézní.
Nevýhodou těchto textilií je náchylnost k poškození povrchu. Cenově jsou tyto materiály dostupnější oproti textiliím s membránou [12], [13].
• Hydrofobní povrstvení
Hydrofobní film nanesený na povrch textilie díky své elasticitě a uzavřenému uspořádání molekul sníží její smáčivost a textilie se stává vodoodpudivou. Povrstvení textilie není dlouhodobě odolné. Příčinou porušení zátěru může být mechanické namáhání a časem se vypírá. Na povrch se aplikují filmy z perfluoraklanů jejichž
výhodou je, že po každém praní a následným žehlení při 180 °C se vrací jeho schopnosti do původního stavu[13].
• Hydrofilní povrstvení
Hydrofilní zátěry jsou na bázi modifikovaného PU pomocí polyvinylalkoholu nebo polyoxidu. Modifikace PU umožňuje reakci s vodními parami a umožňuje jejich difúzi. Vrstva obsahuje hydrofilní a hydrofobní komponenty, které jsou v rovnováze a tím je zajištěna nepromokavost, ale i dostatečná propustnost pro vodní páry.
Povrstvením se povrch textilie stává pružnější, trvanlivější, dobře odolná proti poškození při praní aj., [13].
• Mikroporézní povrsvení
Na vnější stranu textilie je aplikována polyuretanová zátěrová hmota. Během nanášení dochází k uvolňování CO2 a tím dochází ke změně naneseného filmu v houbovitou pórovitou strukturu s póry o velikosti 0,2 – 0,3 μm. Polyuretanový film se vyznačuje vysokou pružností, proto je textilie schopna dobře odolávat mechanickému namáhání. Pro vyšší výkonnost textilie mohou být vrstvy nanášeny postupně i vícekrát [13].
1.5.2 Textilie s membránou
Membrána je tenká vrstva polymerního materiálu (nejčastěji PU, PTFE) vyráběná jako fólie o tloušťce 0,2 µm, která umožňuje průchod vodních par a zabraňuje průchodu vody. Existuje ve dvou typech provedení. Prvním typem jsou mikroporézní a druhým jsou neporézní membrány. Zpracovat jí samostatně je velmi obtížné. Z tohoto důvodu se často pojí pomocí pojiva s jinou plošnou textilií (vrchní textilií, podšívkou).
V takových případech se jedná o lamináty. Nalaminovaná textilie obecně získává schopnost nepropouštět vody z okolního prostředí se schopností propouštět vodní páry od organismu, vysokou odolnost proti mechanickému poškození. Navíc svrchní vrstva laminátu je opatřená impregnací, která zajistí vyšší odolnost proti vodě. Podle konstrukce, tedy způsobu spojení membrány s vrchovým nebo podšívkovým materiálem je dělíme na dvouvrstvé nebo třívrstvé lamináty. Dvouvrstvé lamináty jsou složeny z membrány a vrchové tkaniny a podšívka je ponechaná volně, viz obrázek 21.
membrána a podšívka, viz obrázek 22. K jejím výhodám patří dobrá mechanická odolnost, vysoká ochrana membrány, dlouhá životnost na úkor vysoké ceny[12].
Textilie mezi něž se laminuje membrána jsou materiálového složení: 100%
polyamid, 100% polyester. Často v kombinaci.
Obrázek 21: Struktura dvouvrstvého laminátu značky GORE-TEX [52]
Obrázek 22: Struktura třívrstvého laminátu značky GORE-TEX [52]
• Mikroporézní membrány
Mikroporézní membrány obsahují na jednom čtverečním centimetru přes 1,4 miliardy mikroskopických pórů. Velikost pórů se pohybuje od 0,1 µm – 0,3 µm.
Póry membrány jsou přibližně 20 000 krát menší než kapka vody a přitom 700krát větší než molekula vodní páry, viz obrázek 23. Voda v kapalném stavu membránou do oděvu nemůže proniknout, kdežto v plynném stavu může procházet snadno. Rozmístění pórů je uspořádáno chaoticky a mají lomené dráhy, čímž se zajišťuje odolnost proti větru.
Nevýhodu představuje zanášení pórů např. tukovými a prachovými částicemi, pracími prostředky apod. Tento typ membrány používají společnosti Gore-Tex, Windstopper, Dermizax apod[13].
Obrázek 23: Mikroskopický pohled na mikroporézní membrána [53]
• Neporézní membrány
Jedná se o bezporézní homogenní povlak, který nemá žádné otvory, viz. obrázek 24. Struktura membrány je složena z hydrofilních a hydrofobních zón. Hydrofilní zóny (polyéter) propouští molekuly vodních par, hydrofobní zóny tvoří bariéru kapkám vody.
K přenosu vlhkosti dochází za pomoci chemicko – fyzikálního procesu. Zkondenzovaná voda z vnitřní strany je absorbována do materiálu a na určitou dobu se stává jeho součástí a dále je transportována na povrch [13]. V porovnání s membránou mikroporézní umožňuje snadnější údržbu, protože nedochází k zanášení pórů.
Tyto membrány používají značky Sympatex, Gelanots aj.
Obrázek 24: Mikroskopický pohled na neprodyšnou membránu [53]
1.6 Typy výrobk ů zpracovaných technologií podlepených šv ů
S technologií podlepených švů se můžeme setkat u výrobků určených pro některá prostředí, profese, či pro sport apod. Jedná se vlastně o výrobky, které mají chránit lidský organismus. Do této skupiny produktů lze zařadit výrobky jako pracovní oděvy, ochrané obleky a kombinézy viz obrázek 25 a obrázek 26, dále vojenské oděvy, výrobky pro outdoor apod. Ve většině případů se jedná o výrobky pro horní a spodní část těla zhotovených z výše uvedených materiálů, tedy laminátů nebo textilií s povrstvením. S podlelepenými švy se můžeme setkat i u výrobků typu: stany, spacáky, boty viz obrázek 27, atd.
U šitých stanu se nemusíme vždy setkat s použitím termoplastické pásky k přelepení švů. Je to dáno druhem spojovacího elementu, tedy šicí nití. Pakli - že je použita v hydrofobní úpravě, podle výrobce není jíž nutné provádět operaci podlepování. Jedním z důvodů je, že aplikace pásky navyšuje cenu výrobku a druhou,
že je to zbytečné, neboť nitě použité v této úpravě podle výrobce dostatečně zabezpečují nepromokavost.
Obrázek 25: Ochranná jednorázová kombinéza s přelepenými švy [50]
Obrázek 26: oděv do deště s podlepenými švy[50]
Obrázek 27: Lepící páska aplikovaná na botě[26]
Obecně bývají výrobky přelepeny ve všech místech, kde dochází ke spojení střihových dílů pro dosažení 100% nepromokavosti v oblasti spoje. Přelepení může být z lícové strany nebo ze strany rubní. Místa a způsob přelepení je ovlivněno typem výrobku a střihovým řešením a použitou spojovacích technologií. Nejčastější použitou technologií pro spojení střihových součástí stále zůstává klasické šití (podlepení z rubové strany švu). Nekonvenční zpracování spojů se řadí spíše k doplňkové technologii a tyto švy bývají často přelepeny právě z lícní stany výrobku.
Aplikaci pásky z lícní i rubní strany můžeme očekávat u oděvních výrobků pro sportovní účely. Design, střihové řešení těchto oděvů a vhodné technologické postupy pro jejich zpracování je podle Václava Novotného ze společnosti DirectAlpine a.s.:
,,časově náročná práce. Samotný vývoj modelu, kde je taková technologie použita zabere i s testováním cca 10 měsíců, kdy se nejprve vybere vrchový materiál, odšije se prototyp, na kterém probíhá modeláž. Následně se výrobní podklady odešlou do zahraničí a přesně se definuje použitá technologie (kombinace materiálů, definice
švů, kde se použije jaká technologie). Formou výměny a schvalování vzorků se dojde k finálnímu prototypu. Na základě tohoto prototypu se odšívá řada tzv. salesmansamples (prodejních vzorků), které společnosti rozesílají svým obchodním partnerům a distributorům. Na základě těchto prezentací poté proběhnou objednávky [32].“
Jak již bylo zmíněno výše s podlepenými spoji se můžeme setkat u svrchních oděvů, tedy bund a kalhot. Při zpracovávání bundy se pro dosažení maximální voděodolnosti přelepují švy nejen z rubní strany, viz obrázek 28, ale rovněž i ze strany lícové, viz obrázek 29. Podlepení švů z rubu se nejčastěji vyskytuje např. v oblasti bočních, členících švů, v oblasti průkrčníku, všití zdrhovadla apod. Laminace pásky z vnější pohledové strany se uplatňuje u spojů tvořených nekonvenční technologií spojování (např. lepením) a výrobku dodává na zajímavosti [1].
Obrázek.28: Pohled na zpracování bundy z vnější strany [20]
Obrázek 29: Bunda s laminovanými pásky z lícové strany v oblasti zpracování klínových rukávů do průramků, kapuce a
rukávů v oblasti loktů [1]
U kalhot se podlepení provádí obdobně. Z větší části se švy podlepují z rubní strany. Přelepování krycí páskou z vnější pohledové strany se provádí např. v oblasti bočních švů, kolenních odševků, zadní části kalhot, viz obrázek 30, [1].
Obrázek 30: Kalhoty s podlepenými švy z rubní strany a s přelepenými švy z vnější pohledové stany v oblasti bočních švů, kolenních odševků [1]
1.7 Vlastnosti podlepených spoj ů
Kvalita podlepeného spoje se odráží od jeho schopnosti plnit v dostatečné míře svou funkci. Hlavní úlohou švu je chránit výrobek před proniknutí vody nebo jiné kapalné látky z okolního prostředí, viz obrázek 31 a obrázek 32. Tzn. zajistit 100%
nepromokavosti celého produktu.
K dalším významným vlastnostem patří odolnost vůči mechanickému namáhání, která se projevuje v jeho pevnosti. Podlepením spoje, by mělo dojít ke zvýšení jeho maximální pevnosti jak uvádí studie z Národní univerzity Pusan z katedry textilní techniky v Korei, viz kapitola 1.7.3 .
Všechny tyto vlastnosti jsou závislé na druhu použitého materiálu, vhodně zvolených spojovacích prvcích, na technologii spojování a jejich parametrech.
Obrázek 31: Šev bez podlepovací termoplastické pásky[55]
Obrázek 32: Šev opatřený z rubní strany termoplastickou páskou[55]
1.7.1 Nepromokavost švů
Nepromokavost je závislá na interakci vody s plošnou textilií, ze které je spoj zhotoven. Funkční vlastností švu je zabraňovat pronikání vody skrz spoj do spodní části oděvu [5]. Schopnost švu se posuzuje nepromokavostí, tedy odolností proti působení tlakové vody. Udává se výškou vodního sloupce uváděné v centimetrech, kterou je materiál schopný udržet [4]. Zkouška je založena na principu protlačování vody skrz vzorek textilie v místě spoje, který je upnut v kruhových čelistech a voda je vháněna ze spodní části vzorku pod trvale rostoucím tlakem. Měřen je tlak registrovaný tlakoměrem, který je šev schopen vydržet, aniž by skrz něj voda pronikla na povrch [5].
Na tomto principu pracují zkušební stanice pro testování nepromokavosti švů, viz obrázek 33. Lze na nich testovat švy podlepené i svařované a jsou dostupné v několika verzích určených pro oděvy a boty [25].
Obrázek 33: Zařízení pro testování nepromokavosti švů [25]
1.7.2 Mechanické vlastnosti švu - pevnost
Mechanické vlastnosti definují odezvu na silové působení. Během užívání oděvů jsou švy i materiál vystaveny účinkům vnějších sil. Působení těchto sil se u hotových výrobků odehrává v oblasti malých deformací. Někdy mohou deformační síly způsobit až destrukci spoje [5].
Charakter švu se odvíjejí od vlastností spojovaného materiálu a způsobu namáhání. U konvenčně zpracovaných spojů lze říci, že pevnost švu závisí na šicí nití, druhu a hustotě stehu, typu švu. Pevnost nekonvenčně zpracovaných spojů ovlivňuje typ švu a kvalitní zpracování spoje. Jinak podléhají stejným podmínkám jako textilní materiál, z kterého jsou zpracovány, neboť mají stejný charakter [2].
Spoje jsou při běžném nošení oděvu vystaveny nejčastěji tahovému namáhání.
Ukazatelem pro namáhání v tahu je pevnost. Pevnost ve švu souvisí s možností poškození textilie šitím, tehdy může dojít k porušení nití. Dále souvisí s nestabilitou stříhaných krajů střihových dílů.
Pevnost je odolnost proti působení vnějšího prostředí před mechanickým zatížením. U oděvních výrobků pozorujeme nejčastěji výskyt v příčném směru.
Hodnoty příčné pevnosti švu jsou závislé na několika ukazatelích (typu švu, pevnosti materiálu, stehu a šicí nitě). Narušení některé ze složek švu během užívání oděvu, může vést k jeho destrukci. Příčné namáhání švů je namáhání ve směru kolmém na šití švu a způsobuje poškození nití v celé šíři vzorku. Při této zkoušce se hodnotí účinnost švu, jejíž hodnota by se měla pohybovat kolem 80% pevnosti sešívaného materiálu. Jedná se o ukazatel pevnosti při volbě vhodné nitě.
